1第一章 土方工程(1)-园林工程-大学课件

园林工程33学时；2学分；考查课。园林工程第一章土方工程(6)第二章园林给排水工程第三章水景工程第四章园路工程第五章假山工程第六章种植工程第七章园林机械第八章园林供电与照明工程第一章土方工程1)山水是中国园林的骨架，在园林建设中，首当其冲的工程就是地形的整理和改造。因为它牵涉面较广，工程量较大，工期也较长，所以是建园的主要工程项目之一。2)在满足设计意图的前提下，如何尽量减少土方的施工量，节约投资和缩短工期，这对整个建园工作具有很大意义。3)土方工程的设计:

①平面设计;

②竖向设计。4)包含园林用地的土方计算、施工

①土方计算;

②土方施工。第一章土方工程第一节园林用地的竖向设计第二节土方工程量计算第三节土方的平衡与调配第四节土方施工第一节园林用地的竖向设计一、竖向设计的内容二、竖向设计的方法第一节园林用地的竖向设计

竖向设计是指在一块场地上进行垂直于水平面方向的布置和处理。

园林用地的竖向设计就是园林中各个景点、各种设施及地貌等在高程上如何创造高低变化和协调统一的设计，是规划设计各阶段的重要内容之一。第一节园林用地的竖向设计竖向设计合理与否，不仅影响着整个公园的景观和建成后的使用管理，而且直接影响着土方工程量和公园的基建费用息息相关。一项好的竖向设计应该是:①能充分体现设计意图;②其土方工程量最少(或较少)。3利于排水一、竖向设计的内容(一)地形设计(二)园路、广场、桥涵和其它铺装场地的竖向设计(三)建筑和其他园林小品的高程(四)植物种植在高程上的要求(五)排水设计和管道综合二、竖向设计的方法(一)等高线的概念(二)等高线的性质(三)用设计等高线进行竖向设计一、竖向设计的内容

(一)地形设计

地形的设计和整理是竖向设计的一项主要内容。地形骨架的“塑造”，山水布局，峰、峦、坡、谷、河、湖、泉、瀑等地貌小品的设置，它们之间的相对位置、高低、大小、比例、尺度、外观形态、坡度的控制和高程关系等都要通过地形设计来解决。(一)地形设计

通过对地面不同坡度的连续变化处理，可以创造出丰富的地表特征，并进行空间的初步围合与划分。在进行地形设计时应控制土体的最大坡度，不同的土质有不同的自然倾斜角(见表1—l0，土壤的自然安息角)。不同的土质有不同的自然倾斜角

1）山体的坡度不宜超过相应土壤的自然安息角。

2)水体岸坡的坡度也要按有关规范的规定进行设计和施工。

水体的设计应解决A水的来源、B水位控制、C多余水的排放。降低基建费用

3）公园地形设计应顺应自然，充分利用原地形，宜山则山，宜水则水。

这样做可以减少土方工程量，从而节约工力，降低基建费用。

多搞小地形，少搞或不搞大规模的挖湖堆山，也是节约土方量的办法。(二)园路、广场、桥涵

和其它铺装场地的竖向设计

目的：是控制地面坡度以满足其功能要求。

图纸上应设计等高线表示出道路或广场的纵、横坡和坡向、道桥联接处及桥面标高。在小比例图纸中则用变坡点标高来表示园路广场的坡度和坡向。

园路主路和部分次路，要求较平坦。其余园路均可任其随地势婉蜒起伏。

道路广场的设计除了满足其交通游览的目的外，还要考虑如何减少土方工程量。起伏地形之园路(三)建筑和其他园林小品的高程

进行竖向设计时建筑和其它园林小品(如纪念碑、雕塑等)应标出其地坪标高及其与周围环境的高程关系，大比例图纸建筑应标注各角点标高。例如在坡地上的建筑，是随形就势还是设台筑屋。在水边上的建筑物或小品，则要标明其与水体的高程关系。

园林中的建筑如能紧密结合地形，建筑体型或组合能随形就势，就可以在少动土方的前提下，获得最佳的景观效果。

北海公园的亩鉴室、酣古堂，颐和园的画中游等都是建筑和地形结合的佳例。（莺歌燕舞入仙境恰似人在画中游）亩鉴室（北海公园）酣古堂

在琼华岛白塔山北麓西侧，建于乾隆三十七年（1772年）坐南朝北，单独院落。正房三开间，两侧跌落游廊十四间，院内堆叠黄太湖石。在山墙处有黄太湖石洞口，可通过《琼华古洞》通往《写石妙室》。

酣古堂门口以山石布置如意踏垛和蹲配，以强调入口变化，无论从哪个角度观赏，都可以取石景于门框内。

酣古堂（北海公园）

重檐八角亭——颐和园画中游六角亭——颐和园佛香阁小西天(四)植物种植在高程上的要求

植物是构成风景的重要因素，现代园林的一个重要特征是植物造景，植物生长所需要的多变的生态环境对竖向设计提出了较高的要求。在进行竖向设计时应为不同植物创造不同的环境。

植物对地下水很敏感，有的耐水，有的不耐水。例如雪松等，规划时应为不同树种创造不同的生活环境。湖泊水生植物的配置研究示意图水生植物种植

水生植物种植，不同的水生植物对水深有不同要求，有湿生、沼生、水生等多种。例如荷花适宜生活于水深0.6—1m的水中。

在规划过程中，公园基地上可能会保留一些有价值的老树，其周围的地面依设计如需增高或降低。应在图纸上标注出保护树的老范围、地面标高和适当的工程措施。湖泊水生植物的配置研究中试系统(五)排水设计和管道综合

在地形设计的同时要考虑地面水的排除，园内各种管道(如洪水、排水、供暖及煤气管道等)的布置及它们和地面上的构筑物或园内乔灌木的关系都是竖向设计应考虑的内容。二、竖向设计的方法竖向设计的方法有多种：1)等高线法、2)断面法、3)模型法等。以下简单介绍等高线法。

等高线法

等高线法在园林设计中使用最多，一般地形测绘图都是用等高线或点标高表示的。在绘有原地形等高线的底图上用设计等高线进行地形改造或创作，在同一张图纸上便可表达原有地形、设计地形状况及公园的平面布置、各部分的高程关系。

这大大方便了设计过程中进行方案比较及修改，也便于进一步的土方计算工作，因此，它是一种比较好的设计方法，最适宜于自然山水园的土方计算。（一）等高线的概念

等高线：以某个参照水平面为依据，用一组垂直间距相等、平行于参照水平面的假想面，与自然地貌相切所得到的交线在平面上的投影。

给这组投影线标注上数值，便可用它在图纸上表示地形的高低陡缓、蜂峦位置、坡谷走向及溪池的深度等内容。地形剖面图的画法-引垂直线法

两种等高线

地形等高线图只有标注比例尺和等高距离才能解释地形。一般的地形图中只用两种等高线，一种是基本等高线，称为首曲线，常用细实线表示。另一种是每隔四根首曲线加粗一根，并标注高程，称为计曲线。等高线的种类和作用

等高线按其作用不同,分为四种(见下图)；首曲线是用以显示地貌的基本形态；间曲线是用以显示曲线所不能显示的局部地貌；助曲线是用以显示间曲线还不能显示的局部地貌；计曲线是便于在图上计算高程,从高程面算起,每逢等高距五倍处的首曲线描绘成粗实线。

(二)等高线的性质1.在同一条等高线上的所有的点，其高程都相等。

2．每一条等高线都是闭合的。

由于园界或图框的限制，在图纸上不一定每根等高线都闭合，但实际上它还是闭合的。当假设园基地被沿园界或图框垂直下切，形成一个地块，没有在图面上闭合的等高线，都沿着被切割面闭合了。图1—1。3．等高线的水平间距的大小表示地形的缓或陡。如疏则缓，密则陡。等高线在切割面上闭合的情况

4．等高线一般不相交或重叠，只有在悬崖处等高线才可能出现相交情况。在某些垂直于地平面的峭壁、地坎或挡土墙驳岸处等高线才会重合在一起。

(三)用设计等高线进行竖向设计用设计等高线进行设计时，经常要用到两个公式，一是用插入法求两相邻等高线之间任意点高程的公式。即：式中：i——坡度(％);h——高差(m);L——水平间距(m)。5．等高线在图纸上不能横穿过河谷、堤岸和道路等。

由于以上地形单元或构筑物在高程上高出或低陷于周围地面，所以等高线在接近低于地面的河谷时转向上游延伸，而后穿越河床，再向下游走出河谷；如遇高于地面的堤岸或路堤时等高线则转向下方，横过堤顶再转向上方走向另一侧。

具体应用等高线法可以在设计中使陡坡变缓坡或缓坡改陡坡，也可以平垫沟谷、削平山脊、平整场地等。因为在图纸上通过等高线间距的疏密来表示地形的陡缓，在设计时，如果高差h不变，可用改变等高线间距L来减缓或增加地形的坡度。缩短等高线间距使地形坡度变陡；反之，坡度减缓。如图1—2、1—3和1—4。第二节土方工程量计算

土方工程是造园工程中的主要工程项目，特别是大的挖湖堆山、整理地形的工程。这些项目工期长，工程量大，投资大且艺术要求高。施工质量的好坏直接影响景观质量和以后的日常维护。

通过进行土方工程的计算可以明确地了解园内各部分的填、挖情况，动土量的大小。

1）对设计者来说可以修订设计图中的不合理的地方；

2）对投资方来说可以根据计算的土方量进行预算，从而确定投资额；

3）对施工方来说，计算所得的资料可以为施工组织设计提供依据，合理地安排人、财、物，做到土方的有序流动，提高工作效率从而缩短工期，节约投资。

所以土方量的计算在园林设计工作中是必不可少的。

土方量的计算一般是根据附有原地形等高线的设计地形来进行的。就其精确程度可分为估算和计算。

1）在规划阶段，土方量的计算无须过分精细，只作毛估即可。

2）在做施工设计时，土方工程量的计算则要求比较精确。

土方工程量计算的方法很多，常用的可大致归纳为以下三类；

(1)用求体积公式估算；

(2)

断面法；

(3)方格网法。一、用求体积公式进行估算

在建园过程中，不管是原地形或设计地形，经常会碰到一些类似锥体、棱台等几何形体的地形单体，这些地形单体的体积可用相近的几何体体积公式来计算，表1—2中所列公式可供选用，此法简便，但精度较差，多用于估算。二、断面法

断面法是用一组等距或不等距的互相平行的截面将拟计算的地块、地形单体(如山、溪涧、池、岛等)和土方工程(如堤、沟渠、路堑等)分截成段，分别计算这些段的体积，再将各段体积累加，以求得该计算对象的总土方量。

用断面法计算土方量，其精度主要取决于截取的断面的数量，多则较精确，少则较粗。

断面法根据所取断面的方向不同可分为垂直断面法、等高面法(水平断面法)以及与水平面成一定角度的成角断面法。以下主要介绍前二种方法。

(一)垂直断面法

适于地形起伏变化较大地区，或者挖填深度较大又不规则的地区的带状地形单体或土方工程采用，计算较为方便。计算步骤如下：(一)垂直断面法1.划分横断面2．划横断面图形3．计算横断面面积4．计算土方量1.划分横断面

根据地形图、竖向设计图或现场测绘，将要计算的场地划分横断面S1—S1、S2—S2、S3—S3、…’

划分原则为垂直等高线或垂直主要建筑物边长，各断面间的间距可以不等，一般可用10m或20m，在平坦地区可用大些，但最大不大于100m。

2．划横断面图形

按比例绘制每个横断面的自然地面和设计地面的轮廓线。

自然地面轮廓线与设计地面轮廓线之间的面积，即为挖方或填方的断面。见图1—5。3．计算横断面面积(1)积距法：按表1—3横断面面积计算公式计算每个断面的挖方或填方断面面积。(2)求积仪法：用厘米方格纸绘出横断面图后，用求积仪量出横断面的面积。4．计算土方量根据横断面面积计算土方量(二)等高面法(水平断面法)

等高面法适合于大面积的自然山水地形的土方计算。

它是沿等高线取断面，由于园林设计图纸上的原地形和设计地形均用等高线表示，所以可用等高线所围合的面积为上底和下底，以等高距为二相邻断面的高计算土方量，计算方法同垂直断面法。三、方格网法

在建园过程中，地形改造除挖湖堆山，还有许多大大小小的各种用途的地坪、缓坡地需要平整。

整理这类场地的土方计算最适宜用方格网法。

方格网法计算方法较为复杂，但精度较高，其计算步骤和方法如下：

将自然地面标高与设计地面标高的差值，即各角点的施工高度(挖或填)，填在方格网的左上角，挖方为(十)，填方为(一)。2．计算零点位置

所谓零点是指不挖不填的点，零点的连线就是零点线，它是挖方和填方的分界线，是土方计算的重要依据之一。1．划分方格网

根据已有地形图(一般用1：500的地形图)将欲计算场地划分成若干个方格网，尽量与测量的纵、横坐标网对应，方格一般采用20m×20m或40mx40m，将相应设计标高和自然地面标高分别标注在方格点的右上角和右下角。

在一个方格网内同时有填方或挖方时，就一定有零点线存在，应先算出方格网边上的零点的位置，并标注于方格网上，连接零点即得填方区与挖方区的分界线(即零点线)。零点的位置按下式计算(图1—6)：

为省略计算，亦可采用图解法直接求出零点位置如图1—6所示，方法是用尺在各角上标出相应比例，用尺相接，与方格相交点即为零点位置。这种方法可避免计算或查表出现的错误。3．计算土方工程量

按方格网底面积图形和表l—5所列体积计算公式计算每个方格内的挖方或填方量。4．计算土方总量

将挖方区(或填方区)所有方格计算土方量汇总，即得该场地挖方和填方的总土方量。

[例1—1]某工场场地方格网的一部分如图1—7(a)所示，方格边长为20m×20m，试计算挖填土方总量。

第三节土方的平衡与调配

计算出土方的施工标高、填区面积、挖填区土方量，并考虑各种变更因素(如土壤的可松性、压缩率、沉降量等)进行调整后，应对土方进行综合平衡与调配。

土方平衡调配工作，其目的在于使土方运输量或土方运输成本为最低的条件下，确定填、挖区土方的调配方向和数量，从而达到缩短工期和提高经济效益的目的。[解](1)划分方格网根据图1—7(a)方格各点的自然地面标高和设计地面标高，计算方格各点的施工高度列于图1—7(b)中，例如角点5的施工高度=44.56–44.04=＋0.52M，即该点挖去0.52m，其余类推。

进行土方平衡与调配，必须综合考虑工程和现场情况、进度要求和土方施工方法以及分期分批施工工程的土方堆放和调运问题。

如划分土方调配区，计算土方的平均运距、单位土方的运价，确定土方的最优调配方案。

一、土方的平衡与调配原则

(一)挖方与填方基本达到平衡，减少重复倒运。

(二)挖(填)方量与运距的乘积之和尽可能为最小，即总土方运输量或运输费用最小

(三)好土应用在回填密实度要求较高的地区，以避免出现质量问题。二、土方平衡与调配的步骤及方法

(一)划分调配区。在平面图上先划出挖填区的分界线，并在挖方区和填方区适当划出若干调配区，确定调配区的大小和位置。

(四)分区调配应与全场调配相协调，避免只顾局部平衡，任意挖填而破坏全局平衡。

(五)调配应与地下构筑物的施工相结合，地下设施的填土，应留土后填。

(六)选择恰当的调配方向、运输路线、施工顺序，避免土方运输出现对流和乱流现象便于机具调配、机械化施工。划分时应注意以下几点：

1.划分应考虑开工顺序、分期施工顺序。

2．调配区大小应满足土方施工用主导机械的行驶操作尺寸要求。

3．调配区范围应和土方工程量计算用的方格网相协调。一般可由若干个方格组成一个调配区。

4．当土方运距较大或场地范围内土方调配不能达到平衡时，可考虑就近借土或弃土，此时，一个借土区或一个弃土区可作为一个独立的调配区。

(二)计算各调配区的土方量并标明在图上。

(三)计算各挖、填方调配区之间的平均运距，即挖方区土方重心至填方区土方重心的距离。取场地或方格网中的纵横两边为坐标轴，以一个角作为坐标原点，按下式求出各挖方或填方调配区土方重心坐标。

一般情况下，亦可用作图法近似地求出调配区的形心位置。以代替重心坐标。重心求出后，标于图上，用比例尺量出每对调配区的平均运输距离(L11、L12、L13··)。所有填挖方调配区之间的平均运距均需一一计算，并将计算结果列于土方平衡与运距表内(表1—7)。(五)绘出土方调配图。

根据以上计算，标出调配方向，土方数量及运距(平均运距再加施工机械前进、倒退和转弯必需的最短长度)。[例1—2]矩形广场各调配区的土方量和相互之间的平均运距如图1—9所示，试求最优土方调配方案和土方总运输量及总的平均运距。

[解I(1)先将图1—9中的数值标注在填、挖方平衡及运距表中。

(2)采用“最小元素法”编初始调配方案，即根据对应于最小的L(平均运距)取尽可能最大的‘‘xij值的原则进行调配。首先在运距表内的小方格中找一个最小数值，如表中L22＝L43＝40，任取其中一个，如L43，于是先确定A：的值，使其尽可能的大，即fM＝max(400，500)＝400,

400，由于A4挖方区的土方全部调到B3填方区，所以X41＝X42＝0。将400填入X43格内，加一个括号，同时在X41X43格内打个“X”号，然后在没有“()”、“X”的方格内重复上面步骤，依次地确定其余xj数值，最后得出初始调配方案。

(3)在此基础上，再进行调配、调整，用“乘数法”比较不同调配方案的总运输量，取其最小者，求得最优调配方案(表I—8)。该土方最优调配方案的土方总运输量为：W＝400×50十100×70十550×40十400×60十50×70十400×40＝92500m3·m最后将表1—8中的土方调配数值绘成土方调配图，如图110所列。土方调配图第四节土方施工一、土壤的工程性质

土一般由固相(土颗粒)、液相(水)和气相(空气)三部分组成，土的性质取决于各相的特性及其相对含量与相互作用。这三者相互间比例不同，反映出土的不同物理状态，如干燥、稍湿或很湿，密实、稍密或松散。这些指标对于评价土的物理力学和工程性质，进行土的工程分类具有重要的意义。

(一)土的工程分类

在建筑安装工程统一劳动定额中，按土石坚硬程度和开挖方法及使用工具，将土分为八类。(二)土方工程的种类及其施工要求

土方工程根据其使用期限和施工要求，可分为永久性和临时性种．

但是不论是永久性还是临时性的土方工程，都要求具有足够的稳定性和密实度，使工程质量和艺术造型都符合原设计的要求。

同时在施工中还要遵守有关的技术规范和原设计的各项要求，以保证工程的稳定和持久。(二)土方工程的种类及其施工要求1．土壤的容重

单位体积内天然状况下的土壤重量，单位为kg／m3.

土壤容重的大小直接影响着施工的难易程度，容重越大挖掘越难。在土方施工中把土壤分为松土、半坚土、坚土等类，所以施工中施工技术和定额应根据具体的土壤类别来制定。

2．土壤的自然倾斜角(安息角)

土壤自然堆积，经沉落稳定后的表面与地平面所形成的夹角(图1—11)，就是土壤的自然倾斜角，以α表示。

在工程设计时，为了使工程稳定，其边坡坡度数值应参考相应土壤的自然倾斜角的数值，土壤自然倾斜角还受到土壤含水量的影响，见表1—10。

土方工程不论是挖方或填方都要求有稳定的边坡。进行土方工程的设计或施工时，应该结合工程本身的要求(如：填方或挖方，永久性或临时性)以及当地的具体条件(如：土壤的种类及分层情况、压力情况等)使挖方或填方的坡度合乎技术规范的要求，如情况在规范之外，则须进行实地测试来决定。3.土壤含水量

土壤的含水量是土壤孔隙中的水重和土壤颗粒重的比值。

土壤含水量在5％以内称干土，在30%以内称潮土，大于30％称湿土。

土壤含水量的多少，对土方施工的难易也有直接的影响。土壤含水量过小，土质过于坚实，不易挖掘。含水量过大，土壤易泥泞，也不利施工，人力或机械施工工效均降低。4．土壤的相对密实度

它是用来表示土壤在填筑后的密实程度的，可用下面的公式表达

在填方工程中土壤的相对密实度是检查土壤施工中密实程度的标准，为了使土壤达到设计要求的密实度可以采用人力夯实或机械夯实。一般采用机械压实，其密实度可达95％，人力夯实在87％左右。大面积填方如堆山等，通常不加夯压，而是借土壤的自重慢慢沉落，久而久之也可达到一定的密实度。5．土壤的可松性

土壤经挖掘后，其原有紧密结构遭到破坏，土体松散而使体积增加的性质。

这一性质以土方工程的挖土和填土量的计算以及运输等都有很大关系。各种土壤体积增加百分比及其可松性系数，见表1—11。二、土方施工准备工作(一)研究和审查图纸(二)查勘施工现场(三)编制施工方案(四)平整施工场地(五)消除现场障碍物(六)进行地下墓探(七)做好排水设施(八)设置测量控制网(九)修建临时设施及道路(十)准备机具、物资及人员三、土方施工机械简介

(一)土方开挖机械

推土机、铲运机、正铲挖掘机、反铲挖掘机、拉铲挖掘机、抓铲挖掘机、装载机。推土机铲运机正铲挖掘机反铲挖掘机(二)压实机具1.平碾压路机又称光碾压路机2．压路碾3．小型打夯机有冲击式和振动式之分4．平板式振动器5．其他机具平碾压路机又称光碾压路机压路碾小型打夯机打夯机平板式振动器四、土方施工(一)土方开挖一般要求(二)挖方方法(三)安全措施(四)填土和压实的一般要求(五)填土的方法(一)土方开挖一般要求

1.场地开挖2．边坡开挖(二)挖方方法

1．基坑(槽，下同)、管沟和场地开挖应有排水措施，防止地面水流入坑内冲刷边坡，造成塌方和破坏基土。

2．开挖前应先进行测量定位，抄平放线，定出开挖宽度，按放线分块(段)分层挖土。根据土质和水文情况，采取在两侧或两侧直立开挖或放坡，以保证施工操作安全。

3．当开挖的土体含水量大而不稳定，或较深，需用较陡的边坡或直立开挖而土质较差时，应采用临时性支撑加固,每边的宽度应为基础宽加10~15cm用于设置支撑加固结构。挖土时，土壁要求平直，挖好一层支一层,支撑挡板要紧贴土面，并用小木桩或横撑木顶住挡板。

4．开挖程序一般是：测量放线→切线分层开挖→排降水→修坡→整平→留足预留土层等。

相邻场地、基坑开挖时，应遵循先深后浅或同时进行的施工程序。挖土应自上而下水平分段分层进行，每层0.3m左右。边挖边检查坑底宽度及坡度，不够时及时修整，每3m左右修一次坡，至设计标高，再统一进行一次修坡清底，检查坑底宽和标高，要求坑底凹凸不超过1.5cm。

使用铲运机、推土机或多斗挖土机时，保留上层厚度为20cm；使用正铲、反铲或拉铲挖土时为30cm。

5．基坑开挖应尽量防止对地基土的扰动。当用人工挖土，基坑挖好后不能立即进行下道工序时，应预留15~30cm层土不挖，待下道工序开始再挖至设计标高。采用机械开挖基坑时，为避免破坏基底土，应在基底标高以上预留一层人工清理。

6．在地下水位以下挖土，应在基坑(槽)四侧或两侧挖好临时排水沟和集水井，将水位降低至坑槽底以下500mm，以利挖方进行。降水工作应持续到施工完成(包括地下水位下回填土)。

8．弃土应及时运出，在挖方边缘上侧临时堆土或堆放材料以及移动施工机械时，应与基坑边缘保持1m以上的距离，以保证坑边直立壁或边坡的稳定。当土质良好时，堆土或材料应距挖方边缘0.8m以外，高度不宜超过1.5m。

7．雨季施工时，基坑槽应分段开挖，挖好一段浇筑一段垫层，并在基槽两侧因以土堤或挖排水沟，以防地面雨水流人基坑槽，同时应经常检查边坡和支护情